一种辅助交通信号灯系统及其控制方法与流程

本发明涉及交通控制领域，具体涉及一种辅助交通信号灯系统及其控制方法。

背景技术：

现在路口通行完全依赖信号灯系统的指示和控制，当红灯等待通行时，若小型汽车的前方停有公交车或大卡车等大型车辆，小汽车司机的视野会被前车完全遮挡，看不到信号灯变化，因而造成非意识性违章，不仅对司机造成麻烦，而且极易引发安全事故。

本发明基于现在的交通灯情况，提供了一种能够增加司机注意力的辅助交通信号灯系统及其控制方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的交通灯不够醒目、不能完全起到提醒司机的技术问题。提供一种新的辅助交通信号灯系统，该辅助交通信号灯系统具有改善交通灯的醒目性，解决了汽车前方有障碍物时不能看清交通灯状态的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种辅助交通信号灯系统，所述辅助交通信号灯系统包括信号灯系统和辅助信号灯系统；所述辅助信号灯系统包括用于连接信号灯系统的信号灯接口系统，信号灯接口系统连接有用于监测信号灯系统中信号灯状态的状态监测单元以及mcu单元；所述mcu单元连接有控制单元，控制单元连接有第一接口单元和第二接口单元，第一接口单元连接有供电单元实现供电，第二接口单元用于控制单元的外部通信；所述第一接口单元和第二接口单元共同连接有光控单元，光控单元还连接有红灯led单元和黄灯led单元；

所述红灯led单元用于表征交通灯状态为红灯，黄灯led单元用于表征交通灯状态为绿灯或黄灯，红灯led单元和黄灯led单元均位于道路上的导行线区域内。

本发明的工作原理：本发明通过对于交通灯的运行状态进行监测，并在道路上的导行线或导行线箭头内设置与交通灯运行状态联动的辅助信号灯系统；辅助信号灯系统能够根据现有交通信号灯的运行状态，调整控制红灯led单元或黄灯led单元输出提醒司机的信号。解决了司机前方有大车/货车等障碍物时不能够有效感知交通灯状态，从而违章的问题。

上述方案中，为优化，进一步地，所述红灯led单元包括多个红灯led，黄灯led单元包括多个黄灯led；红灯led和黄灯led以道路上的导向箭头形状为基础，相间排列设置；所述相邻的红灯led和黄灯led并联。

进一步地，所述状态监测单元包括颜色识别传感器和视觉检测系统。

进一步地，所述mcu单元还连接有人工输入接口用于人工输入信号灯系统中信号灯状态。

本发明还提供一种辅助交通信号灯系统的控制方法，所述控制方法基于前述的辅助交通信号灯系统，所述控制方法包括：

步骤一，状态监测单元监测信号灯系统中信号灯的运行状态；

步骤二，状态监测单元将信号灯的运行状态传输给mcu单元，mcu单元根据步骤一的信号灯状态生成相应的控制编码信号传输给控制单元

步骤三，控制单元将控制编码信号传输给光控单元，光控单元根据控制编码信号控制红灯led单元开闭和黄灯led单元开闭。

进一步地，所述步骤一中监测采用开关量检测、颜色识别检测和视觉检测三路并行的方法完成。

进一步地，所述视觉检测中，包括：

步骤1，获取交通信号灯图像，建立rgb颜色空间模型与his颜色空间模型的转换关系模型，

其中，h表示his颜色空间中的色度信息，i表示光的强度，s表示颜色的饱和度，r、g、b分别为rgb颜色空间的分量值；

步骤2，根据步骤1中的转换关系模型对交通信号灯图像进行颜色分割，并提取出其中的红、绿、黄三色，作为交通灯候选区域：

步骤3，定义信号灯形状图像块的属性，将步骤2中的同一颜色的候选区域的像素点连接形成一个图像块，利用信号灯形状图像块的属性剔除不符合要求的图像块，计算圆形度，根据图像块的圆形度判定图像块是否为信号灯，圆形度的计算方法为：

其中，p表示图像块的周长，n表示图像块的像素个数，a表示图像块的面积，一个标准圆的圆形度为1；

步骤4，定义交通灯的显著特征，根据交通灯显著特征进行图像的形状分割；

步骤5，定义信号灯模板，确定出交通信号灯图像中交通灯的位置，计算交通信号灯图像待检测区域中圆形区域的圆心在矩形框中的位置，根据信号灯模板以及信号灯在矩形框中的位置判断信号灯状态是红灯状态或绿灯状态或黄灯状态。

进一步地，步骤2的颜色分割中：

0≤h≤18或335≤h≤360时，且s≥0.3时，像素判定为红灯区域；

18≤h≤55且s≥0.3时，像素判定为黄灯区域；

159≤h≤201时，且s≥0.15时，像素判定为红灯区域。

进一步地，步骤5包括：

若圆心位于矩形框的上部三分之一范围内，则判定为红灯信号，圆心位于矩型框中部三分之一范围内，则判定为黄灯信号，圆心位于矩形框上部三分之一范围内，则判定为红灯信号。

本发明有感于交通灯运行状态监测的可靠性和准确性，在此采用了开关量监测、视觉检测和颜色传感器三种并行方式进行检测，从而提升了检测可靠性及准确度。

本发明的有益效果：本发明实现了辅助交通灯系统与现有交通灯系统的联动，能够解决现有的障碍物存在在车辆前方，司机无法观察到交通灯运行状态，无法判定车辆下一步行动的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1，实施例1中的辅助交通灯系统结构示意图。

图2，实施例1中的红灯led单元和黄灯led单元的设置示意图。

图3，颜色传感器检测交通灯运行状态的示意图。

图4，视觉检测交通灯运行状态的装置安装示意图。

图5，实施例1中的辅助交通灯系统控制方法流程示意图。

图6，实施例1中的含潮汐车道的行驶道路导向编码图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种辅助交通信号灯系统，如图1，所述辅助交通信号灯系统包括信号灯系统和辅助信号灯系统；所述辅助信号灯系统包括用于连接信号灯系统的信号灯接口系统，信号灯接口系统连接有用于监测信号灯系统中信号灯状态的状态监测单元以及mcu单元；所述mcu单元连接有控制单元，控制单元连接有第一接口单元和第二接口单元，第一接口单元连接有供电单元实现供电，第二接口单元用于控制单元的外部通信；所述第一接口单元和第二接口单元共同连接有光控单元，光控单元还连接有红灯led单元和黄灯led单元；

所述红灯led单元用于表征交通灯状态为红灯，黄灯led单元用于表征交通灯状态为绿灯或黄灯，红灯led单元和黄灯led单元均位于道路上的导行线区域内。

状态监测单元，用于实时监测信号灯的状态。信号灯接口系统，用于接收信号灯系统或监测系统传来的状态信息。mcu单元，即主控单元，用于处理各类交通灯状态信息，并输出控制类信号。控制单元，用于接收mcu单元传来的控制信号，并输出控制动作。供电单元，用于给辅助信号灯提供电能。第一接口单元，用于实现供电单元的供电功能，采用现有的供电模块及接口。第二接口单元，用于实现控制单元与其他单元的通信，采用现有的通信接口如rs232或rs485。光控单元，用于控制辅助信号灯的信号及灯光变化。红灯led单元，辅助信号灯的红灯单元。黄灯led单元，辅助信号灯的黄灯单元。

其中，如图2，所述红灯led单元包括多个红灯led，黄灯led单元包括多个黄灯led；红灯led和黄灯led以道路上的导向箭头形状为基础，相间排列设置；所述相邻的红灯led和黄灯led并联。红黄紧密相间，即红灯、黄灯间隔分布，更加凸显辅助信号灯的灯光变化。并联相邻，即每两个相邻的同颜色的led灯，均以并联的方式连接在电路中，避免相邻的信号灯因串联连接而同时发生故障。

图2中，空心球表示黄色led灯，实心球表示红色led灯；交通信号灯的红灯亮时，地面上的红色led灯实时发出红色信号，交通信号灯的黄灯或绿灯亮时，地面上的黄色led灯实时发出黄色信号。

为了提高监测可靠性与准确性，优选地，所述状态监测单元包括颜色识别传感器和视觉检测系统。颜色识别传感器采用现有的传感器，设置方式如图3。视觉检测系统设置如图4。图4中，通过摄像机s1实时监控l1和l2信号灯状态，摄像机s2实时监控l3和l4信号灯状态，获取交通信号灯图像。

为了提高监测的可靠性，优选地，所述mcu单元还连接有人工输入接口用于人工输入信号灯系统中信号灯状态。若mcu单元发生故障，或需人工控制交通信号灯时，可通过人工输入接口将交通信号状态输入mcu单元。

控制单元将最终信号通过第二接口单元传输至光控单元，光控单元根据接收到的交通信号控制辅助交通信号灯系统中红灯led单元和黄灯led单元的灯光变化，若交通信号灯的红灯发出信号，则启动红灯led单元的红色发光二极管r，若交通信号灯的黄灯或绿灯发出信号，则启动黄灯led单元的黄色发光二极管y；供电单元通过第以接口单元为光控单元和红灯led单元和黄灯led单元进行供电。

本实施例还提供一种辅助交通信号灯系统的控制方法，所述控制方法基于前述的辅助交通信号灯系统，如图5，所述控制方法包括：

步骤一，状态监测单元监测信号灯系统中信号灯的运行状态；

步骤二，状态监测单元将信号灯的运行状态传输给mcu单元，mcu单元根据步骤一的信号灯状态生成相应的控制编码信号传输给控制单元

步骤三，控制单元将控制编码信号传输给光控单元，光控单元根据控制编码信号控制红灯led单元开闭和黄灯led单元开闭。

进一步地，所述步骤一中监测采用开关量检测、颜色识别检测和视觉检测三路并行的方法完成。

具体地，所述视觉检测包括：

步骤1，获取交通信号灯图像，建立rgb颜色空间模型与his颜色空间模型的转换关系模型，

其中，h表示his颜色空间中的色度信息，i表示光的强度，s表示颜色的饱和度，r、g、b分别为rgb颜色空间的分量值；

步骤2，根据步骤1中的转换关系模型对交通信号灯图像进行颜色分割，并提取出其中的红、绿、黄三色，作为交通灯候选区域：

步骤3，定义信号灯形状图像块的属性，将步骤2中的同一颜色的候选区域的像素点连接形成一个图像块，本实施例采用八连通方式；利用信号灯形状图像块的属性剔除不符合要求的图像块，计算圆形度，根据图像块的圆形度判定图像块是否为信号灯，圆形度的计算方法为：

其中，p表示图像块的周长，n表示图像块的像素个数，a表示图像块的面积，一个标准圆的圆形度为1，通过调节k值的大小，使上式始终成立；

步骤4，定义交通灯的显著特征，根据交通灯显著特征进行图像的形状分割；信号灯的矩形框具有固定长宽比，通过设定阈值m，将图像中的低像素近似黑色区域提取，进行粗分割，然后通过八连通方法将候选区域的像素点连接形成图像块，利用固定长宽比剔除不符合要求的黑色边框，完成图像的形状分割；

步骤5，定义信号灯模板，确定出交通信号灯图像中交通灯的位置，计算交通信号灯图像待检测区域中圆形区域的圆心在矩形框中的位置，根据信号灯模板以及信号灯在矩形框中的位置判断信号灯状态是红灯状态或绿灯状态或黄灯状态。

在his空间模型中h、i、s3个分量之间的相关性较小，利用色调h可以完成独立于亮度i的彩色区域分割。

详细地，步骤2的颜色分割中：

0≤h≤18或335≤h≤360时，且s≥0.3时，像素判定为红灯区域；

18≤h≤55且s≥0.3时，像素判定为黄灯区域；

159≤h≤201时，且s≥0.15时，像素判定为红灯区域。

步骤5中，若圆心位于矩形框的上部三分之一范围内，则判定为红灯信号，圆心位于矩型框中部三分之一范围内，则判定为黄灯信号，圆心位于矩形框上部三分之一范围内，则判定为红灯信号。

本实施例是根据摄像机所处的位置判定摄像机拍摄的信号灯编号，通过比较信号灯边框距图像左边框的距离d的大小，判定该信号灯在行驶道路上的位置，从而完成信号灯状态监测。

现有的交通信号灯包括禁止左转、禁止直行、全通和全禁四种状态，以0-1方式对图6中的行驶车道进行编码，得到辅助信号灯状态与状态编码表，如表1，y表示黄灯信号，r表示红灯信号：

表1

根据表1中的状态编码信息获得信号灯状态的控制编码，利用该编码控制辅助信号灯系统中led单元的信号状态，从而完成辅助交通信号灯系统的控制任务。

综上所述，本实施例便实现了一种辅助交通信号灯系统及控制方法。在交通道路越来越复杂的情况下，本发明结合信号灯和辅助信号灯系统，采用开关量系统、光感以及视觉检测方法实时控制辅助信号灯与交通信号灯的同步变化，采用合理的灯光布局，产生高效的辅助效果。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。